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ZnO有序微结构的实现方法

作　者: 徐阳
导　师: 邓宏
学　校: 电子科技大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: ZnO 单分散胶体球胶体晶体微米管自组装
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

胶体晶体是由尺寸均匀、形状一致、化学组成相同的单分散胶体颗粒,组装而成的有序周期结构材料。由于胶体颗粒的有序性周期排列,在光子晶体、光开关、有序孔状功能材料等方面有广阔的应用前景。目前组装胶体晶体所用到的胶体粒子主要有聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和二氧化硅。氧化锌(ZnO)是一种直接带隙宽禁带半导体材料(禁带宽度为3.37eV),具有较高的折射率(2.1～2.2),同时它还具备许多优良的光学性质。制备单分散的ZnO胶体球颗粒,组装有序微结构的ZnO胶体晶体,有利于进一步拓展胶体晶体的应用。微米管状结构的直径一般在1~10μm之间,由于其具有独特的管状结构和很高的比表面积,以及良好的力学性能、化学稳定性、单分散性和可操作性。在电子学、生物医学、化学、材料学和微电机系统等众多领域都具有极大的潜在应用价值。近些年来,人们对ZnO低维材料结构的研究主要侧重于纳米线、纳米棒、纳米管和纳米带这些纳米结构的研究,对ZnO的微米管状结构的研究相对较少。本文在总结胶体晶体和微米管研究现状的基础上。利用上清液制备了单分散ZnO胶体球悬浮液,通过重力场下的自组装,使用ZnO胶体球在基片上组装了有序微结构的ZnO胶体晶体。采用水热法,使用前驱物乙酸锌在生长有ZnO胶体球的玻璃基片上,结晶生长了六棱管状结构ZnO。本文的主要研究工作和结果如下:1.研究了加入上清液对制备单分散ZnO胶体球悬浮液的重要性,制备了尺寸均匀、形状一致的ZnO胶体球。考察了悬浮液中ZnO胶体球粒子的生长过程,并对ZnO胶体球粒子的生长机理进行了讨论。2.研究了不同上清液量对ZnO胶体球尺寸的影响。通过改变加入的上清液量,可以控制胶体球粒径的大小。3.对ZnO胶体晶体的透射谱测试表明,组装的胶体晶体具有光子禁带特性,证实了胶体晶体微观上的有序排列。随着ZnO胶体晶体球尺寸的增加,透射峰峰位向长波长方向移动,透射峰峰位与胶体球尺寸成正比。4.使用单一前驱物乙酸锌,制备了结晶良好、尺寸均匀的六棱管状结构ZnO微米管。优化的工艺参数是:反应温度为180℃,乙酸锌浓度为0.50mol/L。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-12
  1.1 引言  10-11
  1.2 本文主要研究内容  11-12
第二章有序结构的实现方法  12-35
  2.1 单分散体系形成原理  12-15
    2.1.1 成核与生长阶段分开  12-13
    2.1.2 胶体粒子的同步生长  13-15
  2.2 单分散胶体颗粒的制备方法  15-17
    2.2.1 沉淀法  15
    2.2.2 微乳液法  15-16
    2.2.3 气溶胶反应法  16
    2.2.4 播种法  16-17
    2.2.5 相转移法  17
  2.3 胶体晶体的组装  17-24
    2.3.1 重力场下自组装法  18-19
    2.3.2 垂直沉积法  19-20
    2.3.3 强制有序法  20-21
    2.3.4 电泳沉积法  21-22
    2.3.5 电磁场沉积法  22
    2.3.6 旋涂法  22-23
    2.3.7 其它方法  23-24
  2.4 胶体晶体的应用  24-25
    2.4.1 以胶体晶体为模板制作有序孔状材料  24-25
    2.4.2 在光子晶体中的应用  25
  2.5 微米管的制备技术  25-29
    2.5.1 直接气相沉积法  25-26
    2.5.2 模板法  26-27
    2.5.3 热溶液法  27-28
    2.5.4 层状结构卷曲法  28
    2.5.5 金属辅助催化法  28-29
    2.5.6 微挤出法  29
  2.6 微米管的应用  29-32
    2.6.1 微米管在MEMS 中的应用  29-30
    2.6.2 微米管在化学上的应用  30-31
    2.6.3 微米管在复合材料中的应用  31
    2.6.4 微米管在其他方面的应用  31-32
  2.7 材料的测试分析方法  32-35
    2.7.1 X 射线衍射（XRD）  32-33
    2.7.2 扫描电子显微镜（SEM）  33
    2.7.3 可见分光光度计  33-35
第三章单分散 ZnO 胶体球的制备与组装  35-51
  3.1 实验前准备  35-37
    3.1.1 实验试剂的选用  35
    3.1.2 实验设备  35-36
    3.1.3 基片清洗与烘干  36-37
  3.2 实验方法  37-39
    3.2.1 实验原理  37
    3.2.2 实验步骤  37-39
  3.3 ZnO 胶体晶体制备工艺研究  39-48
    3.3.1 上清液对ZnO 胶体球分散性的影响  39-41
    3.3.2 悬浮液中ZnO 胶体球粒子生长机理的讨论  41-45
    3.3.3 不同基片对ZnO 胶体球组装的影响  45-46
    3.3.4 不同上清液量对ZnO 胶体球尺寸的影响  46-47
    3.3.5 悬浮液浓度对ZnO 胶体球组装的影响  47-48
  3.4 ZnO 胶体晶体的光学性能  48-51
第四章在 ZnO 胶体球玻璃基片上生长 ZnO 微米管  51-61
  4.1 实验方法  51-53
    4.1.1 实验试剂  51
    4.1.2 实验设备  51-52
    4.1.3 实验步骤  52-53
  4.2 ZnO 微米管的微结构和形貌分析  53-54
    4.2.1 ZnO 微米管的 XRD 分析  53-54
    4.2.2 ZnO 微米管的 SEM 分析  54
  4.3 ZnO 微米管生长工艺的研究  54-59
    4.3.1 ZnO 胶体球对 ZnO 微米管生长的影响  54-56
    4.3.2 反应温度对ZnO 微米管的影响  56-57
    4.3.3 反应液浓度对ZnO 微米管的影响  57-58
    4.3.4 ZnO 微米管生长机理的初步探讨  58-59
  4.4 ZnO 微米管的分散  59-61
第五章结论  61-62
致谢  62-63
参考文献  63-68
在学期间的研究成果  68-69

ZnO有序微结构的实现方法

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